Android wpa_supplicant源码分析–连接AP过程

连接网络过程

STA连接AP的过程可以参考该文章，http://support.huawei.com/ecommunity/bbs/10232527.html

STA需要认证后才可以接入AP，认证过程分为链路认证（associate）和接入认证（authentication），根据AP的加密方式 associate 和 authentication采用的认证方式不同。 
上述网页中列出了各种加密方式的认证方式。 

下面以wpa-psk加密方式为例，讲解wpa_supplicant连接AP的过程

1、链路认证（associate）过程

LOG：
wpa_supplicant: wlan0: State: SCANNING -> ASSOCIATING
wpa_supplicant: wlan0: State: ASSOCIATING -> ASSOCIATED

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wpa_supplicant接收到上层命令由扫描过程变为关联过程，向指定的AP发送 ASSOC 帧，由于此处的认证方式为open，AP在接收到STA的帧后，直接回复STA关联成功。

1.1 添加associate的radio_work

//选择网络（已经在conf中保存）， 通过id选取，也可以传入 “any” 后续还可以加入频率的设置" freq="
os_strncmp(buf, "SELECT_NETWORK ", 15)
static int wpa_supplicant_ctrl_iface_select_network(struct wpa_supplicant *wpa_s, char *cmd)
{
    //从conf中选取ssid网络
    struct wpa_ssid *ssid = wpa_config_get_network(wpa_s->conf, id);

    //选择网络
    wpa_supplicant_select_network(wpa_s, ssid);
    {
        //太狠了，把conf文件中的其他ssid全部设置disable=1
        for (other_ssid = wpa_s->conf->ssid; other_ssid; other_ssid = other_ssid->next)
            other_ssid->disabled = ssid ? (ssid->id != other_ssid->id) : 0;

        wpa_s->current_ssid = ssid;
        wpa_s->reassociate = 1;

        //快速连接，select 的ssid 已经设置为 wpa_s->current_ssid
        wpa_supplicant_fast_associate(wpa_s)
            //直接调用，从扫描结果中选取要连接的bss网络
            wpas_select_network_from_last_scan(wpa_s, 0, 1)
            {
                //返回要连接的bss网络(scan)， ssid返回conf中的ssid
                struct wpa_bss *selected = wpa_supplicant_pick_network(wpa_s,struct wpa_ssid &ssid(null));
                {
                    //根据priority的优先级匹配bss， 不合适的conf中的ssid网络已经被disable，不会选取
                    //返回的select 就是要 连接的bss 网络
                    for (prio = 0; prio < wpa_s->conf->num_prio; prio++)
                        selected = wpa_supplicant_select_bss(wpa_s, wpa_s->conf->pssid[prio], selected_ssid, 0);
                }

                //连接选取的网络 关联所需的网络, 
                //selected-----要连接的bss网络， ssid----conf中保存的ssid
                if (wpa_supplicant_connect(wpa_s, selected, ssid) < 0)
                    //打了句log就调用关联函数了，“Request association with ” 这句log挺常见的
                    wpa_supplicant_associate(wpa_s, selected, ssid);
                    {
                        //一个ssid有5中模式，手机连接某个网络时，mode为 
                        * 0 = infrastructure (Managed) mode, i.e., associate with an AP.
                        * 1 = IBSS (ad-hoc, peer-to-peer)
                        * 2 = AP (access point)
                        * 3 = P2P Group Owner (can be set in the configuration file)
                        * 4 = P2P Group Formation (used internally; not in configuration

                        //将wpas_start_assoc_cb 添加到 radio work中
                        if (radio_add_work(wpa_s, bss ? bss->freq : 0, "connect", 1, wpas_start_assoc_cb, cwork) < 0)
                    }

            }
    }
}

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1.2 通过驱动发出associate 帧

//真正的连接过程
static void wpas_start_assoc_cb(struct wpa_radio_work *work, int deinit)
{
    //认证方法
    int algs = WPA_AUTH_ALG_OPEN;
    //关联的参数
    struct wpa_driver_associate_params params;

    //关联所需要的ie域
    u8 wpa_ie[200];
    size_t wpa_ie_len;
    //关联所需要的ie域，先清除一下
    wpa_sm_set_assoc_wpa_ie(wpa_s->wpa, NULL, 0);

    //根据key_mgmt中规定的认证方式，设置参数
    //在conf文件中的key_mgmt在wpa_config_parse_key_mgmt（）中会解析成相应的值

    //判断bss是是够支持wpa
    if (bss && (wpa_bss_get_vendor_ie(bss, WPA_IE_VENDOR_TYPE) || wpa_bss_get_ie(bss, WLAN_EID_RSN)) && wpa_key_mgmt_wpa(ssid->key_mgmt))
    {
        //设置相关的wpa_ie
        if (wpa_supplicant_set_suites(wpa_s, bss, ssid, wpa_ie, &wpa_ie_len))
    }
    //判断bss是否支持 8021x
    else if ((ssid->key_mgmt & WPA_KEY_MGMT_IEEE8021X_NO_WPA) && bss && wpa_key_mgmt_wpa_ieee8021x(ssid->key_mgmt)){}

    //判断bss是否支持WPS
    else if (ssid->key_mgmt & WPA_KEY_MGMT_WPS){}

    //判断bss是够为open的网络
    if (wpa_s->key_mgmt == WPA_KEY_MGMT_NONE || wpa_s->key_mgmt == WPA_KEY_MGMT_IEEE8021X_NO_WPA){}

    //设置wpa_s的状态为 正在关联
    wpa_supplicant_set_state(wpa_s, WPA_ASSOCIATING);


    //填充关联参数    
    params.wpa_ie = wpa_ie;
    。。。
    params.key_mgmt_suite = wpa_s->key_mgmt;

    //以wpa-psk的加密方式为例，psk密码最高为32位
    params.key_mgmt_suite == WPA_KEY_MGMT_PSK ||
         params.key_mgmt_suite == WPA_KEY_MGMT_FT_PSK)) {
        params.passphrase = ssid->passphrase;
        if (ssid->psk_set)
            params.psk = ssid->psk;
    }

    //调用驱动的关联方法，传入之前设置好的参数params
    ret = wpa_drv_associate(wpa_s, &params);

    //关联的超时处理，如果超时后还没有关联，那就会调用wpa_supplicant_timeout方法，例如将该bss加入 blacklist
    wpa_supplicant_req_auth_timeout(wpa_s, timeout, 0);
}



//驱动的关联函数
wpa_s->driver->associate(wpa_s->drv_priv, params)
static int wpa_driver_nl80211_associate(void *priv, struct wpa_driver_associate_params *params)
{
    //进入判断，直接调用链接的函数
    if (!(drv->capa.flags & WPA_DRIVER_FLAGS_SME)){
        return wpa_driver_nl80211_connect(drv, params);
        {
            //调用发送关联帧的函数
            int ret = wpa_driver_nl80211_try_connect(drv, params);
            {
                //想组合好的帧发送到驱动中
                ret = send_and_recv_msgs(drv, msg, NULL, NULL);
                wpa_printf(MSG_DEBUG, "nl80211: Connect request send successfully");
            }
        }
    }
}

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1.3 关联成功

//接收到驱动上传的ASSOC的event

mlme_event_connect(drv, cmd,
                   tb[NL80211_ATTR_STATUS_CODE],
                   tb[NL80211_ATTR_MAC],
                   tb[NL80211_ATTR_REQ_IE],
                   tb[NL80211_ATTR_RESP_IE]);
{
    //调用event处理函数
    wpa_supplicant_event(drv->ctx, EVENT_ASSOC, &event);
    {
        wpa_supplicant_event_assoc(wpa_s, data);
        {
            //设置wpa_s的状态
            wpa_supplicant_set_state(wpa_s, WPA_ASSOCIATED);

            /*设置超时10s，等待AP发送 EAPOL包 Timeout for receiving the first EAPOL packet */
            wpa_supplicant_req_auth_timeout(wpa_s, 10, 0);
        }
    }
}

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2、接入认证（authentication）(WPA-PSK为例)

采用PSK认证时，需要与AP交换4次信息，生成需要的密钥，俗称4次握手 
https://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11i-2004#The_Four-Way_Handshake 
wiki图片： 

对用的相应的log为

wpa_supplicant: wlan0: State: ASSOCIATED -> 4WAY_HANDSHAKE
wpa_supplicant: wlan0: State: 4WAY_HANDSHAKE -> 4WAY_HANDSHAKE
wpa_supplicant: wlan0: State: 4WAY_HANDSHAKE -> GROUP_HANDSHAKE
wpa_supplicant: wlan0: State: GROUP_HANDSHAKE -> COMPLETED

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4次握手的第一帧是由AP发起的，wpa_supplicant在收到后，会根据帧中的信息，判定需要的加密方式，并采用相应的处理函数。 
wpa_supplicant支持的加密方式如下图 
图片： 

L2_packet的4次握手过程：

//处理接收到 L2 EAPOL FRAME 用作auth过程
wpa_supplicant_rx_eapol（）
{
    //打印一些log
    wpa_dbg(wpa_s, MSG_DEBUG, "RX EAPOL from " MACSTR, MAC2STR(src_addr));
    //做一些判断，然后通过 eapol_sm_rx_eapol 处理接收到 frame（8021x认证的会通过此路径）
    if (!wpa_key_mgmt_wpa_psk(wpa_s->key_mgmt) &&
        eapol_sm_rx_eapol(wpa_s->eapol, src_addr, buf, len) > 0)

    //wpa加密方式的通过此路径
    if (!(wpa_s->drv_flags & WPA_DRIVER_FLAGS_4WAY_HANDSHAKE))
        wpa_sm_rx_eapol(wpa_s->wpa, src_addr, buf, len);
        {
            //这个应该会设置 wap的状态，具体还不他清楚。。
            eapol_sm_notify_lower_layer_success(sm->eapol, 0);
            //依次调用握手处理函数 共4次，第一次 /* 1/4 4-Way Handshake */
            wpa_supplicant_process_1_of_4(sm, src_addr, key, ver, key_data, key_data_len);
            {
                //发送第二次握手信息到AP
                wpa_supplicant_send_2_of_4(sm, sm->bssid, key, ver, sm->snonce, kde, kde_len, ptk))
            }

            //再次受到L2 packet 处理/* 3/4 4-Way Handshake */
            wpa_supplicant_process_3_of_4(sm, key, ver, key_data, key_data_len);
            {
                //发送第四次握手
                wpa_supplicant_send_4_of_4(sm, sm->bssid, key, ver, key_info,&sm->ptk))
                //设置wpa_s状态  wlan0: State: 4WAY_HANDSHAKE -> GROUP_HANDSHAKE
                wpa_sm_set_state(sm, WPA_GROUP_HANDSHAKE);
                //这一部分的代码变化还是挺大的，4.4的和6.0就不一样 
                //这里会设置状态为 complete
                wpa_supplicant_key_neg_complete(sm, sm->bssid, key_info & WPA_KEY_INFO_SECURE);

                //设置rekey的offload，具体由驱动还是芯片处理，需要继续看
                wpa_sm_set_rekey_offload(sm);               

                //至此整个连接过程完毕
            }
        }
}

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3 流程图

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